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氫燃料電池的優(yōu)勢及汽車廠的發(fā)展布局

向欣電子 ? 2023-01-05 15:31 ? 次閱讀

當(dāng)前,全球能源和環(huán)境系統(tǒng)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中,作為石油消耗和二氧化碳排放大戶的汽車產(chǎn)業(yè),也正面臨著一場革命性的變革,將包括純電動、燃料電池技術(shù)在內(nèi)的純電驅(qū)動作為新能源汽車的主要技術(shù)方向,已然成為世界各國形成的共識。燃料電池汽車是電動汽車汽車電池的另一個重要方向,與鋰離子電池相比,可以清楚地看見兩者間有著明顯的優(yōu)缺點。855f71b6-8c27-11ed-bcbd-dac502259ad0.png氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置,只會產(chǎn)生水和熱。在這個優(yōu)勢基礎(chǔ)上,如果氫是通過光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等可再生能源產(chǎn)生的,則氫燃料電池整個循環(huán)過程將不會產(chǎn)生任何污染,實現(xiàn)零排放。現(xiàn)階段鋰電池和氫燃料電池是有望取代石油車的核心技術(shù),兩者各有各的優(yōu)勢,均有不可估量的進步空間。若鋰電池能提升其能量密度,優(yōu)化循環(huán)使用壽命,會更具有競爭力;氫燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)、機動車輛和加氫站建設(shè)的不可估量成本費用、安全可靠等問題依然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不可估量瓶頸。從綠色環(huán)保性和生態(tài)文明建設(shè)的角度來分析,氫燃料電池比鋰電池更有發(fā)展?jié)摿?,但從短期?nèi)的社會經(jīng)濟效益來講,轉(zhuǎn)型鋰電池比氫燃料電池更具有市場競爭力。鋰電池工作原理85757a9c-8c27-11ed-bcbd-dac502259ad0.png氫能燃料電池工作原理858d8786-8c27-11ed-bcbd-dac502259ad0.png聚合物鋰(鈉)電池和氫燃料電池的充放電過程均屬于化學(xué)反應(yīng),本質(zhì)是正電子(質(zhì)子)的遷移、實現(xiàn)儲能。其中鋰(鈉)電池充電過程鋰(鈉)離子在從正極脫出、嵌入負(fù)極,放電過程鋰(鈉)離子從從負(fù)極脫出、嵌入正極。由于氫氣和氧氣通常為氣態(tài),因此氫燃料電池的充電和放電通常在兩套裝置中進行,且氫氣的壓力和溫度變化較大、對裝備的性能和精度要求較高,短期內(nèi)可通過甲烷和液氨等過渡產(chǎn)品解決儲運難題。

氫能的優(yōu)勢

氫氣儲能的容量大、持續(xù)放能時間長,液氫的儲能密度高;

燃料電池高能量密度(高續(xù)航)、低溫性能好、加氫速度快,在長途、低溫等應(yīng)用場景中具有優(yōu)勢;

可以實現(xiàn)跨地區(qū)、跨季節(jié)利用能源,充分利用光伏、風(fēng)電等綠電的峰谷調(diào)節(jié);

氫氣來源廣泛、成本剛性且可控,可緩解能源對外依賴;

氫氣制/儲/運裝備和氫能應(yīng)用裝備中,除了全氟磺酸酯和重要閥門外、配套的原材料和零部件均可國產(chǎn),未來可以實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)快速降低成本;

  • 不同電池路線(氫能與鋰電)配合使用,可以實現(xiàn)高頻儲能與低頻儲能互補。

氫燃料電池發(fā)展前景近幾年,新能源早已成為全球共同的目標(biāo),氫燃料電池的關(guān)注度也在持續(xù)升溫。與成熟的鋰電池產(chǎn)業(yè)相比,氫燃料電池的發(fā)展空間巨大。我國于14年起開始幫扶氫燃料電池,目前國內(nèi)和國際上面對的難題主要還是氫能的儲存運輸問題,催化劑方面雖有突破,但氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈尚不健全,一部分技術(shù)處于瓶頸期,資金也有缺口。目前,日本在氫燃料車型數(shù)量、技術(shù)、銷量占全球主導(dǎo)地位,美國、德國、韓國也正在快馬加鞭。隨著中國頂層政策明確引導(dǎo),氫燃料電池國產(chǎn)化正在加速落地,期待2025年拐點出現(xiàn)。從國內(nèi)氫燃料電池發(fā)展路徑看,政策鋪路為先,商用車在前,乘用車在后,產(chǎn)業(yè)商業(yè)化大方向依然是新能源汽車。隨著汽車動力能源的轉(zhuǎn)化,從燃油到鋰離子電池是一個大步。但是氫燃料電池對于節(jié)能減排有著更大的優(yōu)勢,各地政府也紛紛推出支持氫燃料電池的政策,或許不久我們的生活將會因為氫燃料電池技術(shù)的突破再次革新。
以上資料來源:氫領(lǐng)域

氫燃料電池和發(fā)動機的主機廠

伴隨今年以來全國各地氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的陸續(xù)發(fā)布,以及資本市場層面的融資火熱,過去一直不被看好的氫燃料汽車似乎正在迎來轉(zhuǎn)機。參照“前輩”電動汽車發(fā)展至今車企紛紛下場自研電池的現(xiàn)狀,可以看到占整車成本40%的動力電池對于傳統(tǒng)主機廠在市場競爭和長期發(fā)展上的重要程度。而氫燃料電池系統(tǒng)的整車成本占比更高,達到65%,目前也有不少主機廠已早早入場布局,以期能夠在氫燃料汽車市場機遇到來之時,占據(jù)主動位置。

具體來看,以氫為動力來源有氫燃料電池和氫燃料發(fā)動機(又稱氫內(nèi)燃機)兩種應(yīng)用方式。前者靠氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力驅(qū)動,后者類似傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機,但是以氫為燃料,通過燃燒過程中氣體的膨脹做功產(chǎn)生動力。

燃料電池(左)發(fā)動機(右)工作原理對比 兩種路線相比較而言,氫燃料電池的優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)化效率高,污染排放少,商業(yè)化應(yīng)用程度高,尤其是在轉(zhuǎn)化效率方面,氫燃料發(fā)動機的熱效率很難超過45%,而氫燃料電池的轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)可以達到60%以上。氫燃料發(fā)動機的優(yōu)勢則在于成本低(是燃料電池的10%左右)、對氫氣的純度要求不高、可通過現(xiàn)有燃油發(fā)動機改造而來等。此外,由于氫內(nèi)燃機在高負(fù)荷情況下的輸出效率更高,因此更適合用于中重型卡車等商用車領(lǐng)域。未勢能源氫燃料電池發(fā)動機(左)濰柴氫氣內(nèi)燃機(右)過去車企的目光主要集中在氫燃料電池這一技術(shù)路線上,但近兩年來隨著國家層面加大了對氫能產(chǎn)業(yè)整體的政策支持力度,同時由于氫燃料電池的技術(shù)瓶頸漸顯,氫燃料發(fā)動機重新回到了寶馬、豐田、曼恩、一汽、廣汽等一線車企的視野之中。去年8月,工信部就明確表示要將氫氣內(nèi)燃機納入氫能發(fā)展戰(zhàn)略中予以支持,并根據(jù)氫氣發(fā)動機技術(shù)進步和應(yīng)用推廣情況,提前布局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研。一汽、廣汽、濰柴等企業(yè)也均發(fā)布了自研氫燃料發(fā)動機成功點火的消息。接下來,本文將根據(jù)公開資料,盤點國內(nèi)和國外那些正在自主研發(fā)氫燃料電池和氫燃料發(fā)動機的主機廠,從氫能布局歷史、產(chǎn)品性能、應(yīng)用車型、最新動態(tài)等方面對這些企業(yè)進行系統(tǒng)梳理和簡要分析。

一、氫燃料電池主機廠

(一)國內(nèi)廠商1、未勢能源(長城汽車)長城汽車股份有限公司成立立于1984年,公司自2016年開始研發(fā)氫燃料電池技術(shù),2019年出資設(shè)立了未勢能源,負(fù)責(zé)氫燃料電池技術(shù)市場化運營。2021年未勢能源推出車規(guī)級“氫動力系統(tǒng)”全場景解決方案“氫檸技術(shù)”,實現(xiàn)了“電堆及核心組件、燃料電池發(fā)動機及組件(控制器等)、Ⅳ型儲氫瓶、高壓儲氫閥門、氫安全、液氫工藝”六大核心技術(shù)和產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)的自主化,開發(fā)有100kW乘用車氫燃料電池發(fā)動機、110kW商用車氫燃料電池發(fā)動機。同年,長城未勢能源旗下上燃動力發(fā)布第四代燃料電池發(fā)動機“超越—神州200”,該發(fā)動機額定功率達200kW,質(zhì)量功率密度760W/kg,最高效率達60%,壽命超15000小時。目前長城未勢能源已完成9億元A輪融資,B輪融資計劃已啟動,IPO合規(guī)工作也在穩(wěn)步推進中。2021年3月長城汽車發(fā)布其氫燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃,根據(jù)規(guī)劃,2021年長城汽車將推出一款C級氫燃料電池SUV,落地100輛49噸氫能重卡;2022年實現(xiàn)并行氫燃料電池多種清潔應(yīng)用項目群;2023年實現(xiàn)主要系統(tǒng)集成商推廣數(shù)量國內(nèi)領(lǐng)先;2025年實現(xiàn)全球氫能市場占有率第三。就實際落實情況來看,長城未勢能源與大運、東風(fēng)和福田三家企業(yè)合作的“百輛氫能重卡示范項目”,搭載自主研發(fā)的111kW燃料電池系統(tǒng)超越-300EP,已于2021年8月在北京雄安新區(qū)投運。C級氫燃料電池SUV暫無市場消息。

2、東風(fēng)汽車東風(fēng)汽車集團有限公司成立于1969年,是中央直管的特大型汽車企業(yè)。公司自2016年開始研發(fā)燃料電池汽車,先后推出氫芯、氫元、氫舟技術(shù)品牌,東風(fēng)技術(shù)團隊目前已在氫燃料電池系統(tǒng)集成與控制、電堆、膜電極、雙極板等核心零部件上實現(xiàn)了技術(shù)自主可控,研發(fā)有70千瓦、120千瓦電堆和50千瓦、80千瓦燃料電池系統(tǒng),并開發(fā)了全功率燃料電池車——東風(fēng)氫舟H2·e,即將開展示范運營。2022年7月由東風(fēng)技術(shù)中心自主開發(fā)的東風(fēng)氫芯H?Core搭載于整車,其中電堆體積功率密度4.0kW/L,可實現(xiàn)-30℃無輔助冷啟動,該批燃料電池廂式運輸車已于武漢經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)示范運營,并獲得國家整車公告?!笆奈濉逼陂g,東風(fēng)計劃開發(fā)300kW級以上氫燃料電池產(chǎn)品,實現(xiàn)燃料電池技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先與整車規(guī)?;痉哆\營。

3、一汽中國第一汽車集團有限公司成立于1953年,為國有特大型汽車生產(chǎn)企業(yè),2021年在長春立新能源事業(yè)部,計劃要在“十四五”期間投入100億元打造燃料電池整車與系統(tǒng)等專屬基地。氫燃料電池方面,由一汽解放發(fā)動機事業(yè)部負(fù)責(zé)電堆組裝、雙極板制備和膜電極集成等工作。2022年7月,一汽全新紅旗H5燃料電池轎車在研發(fā)總院試制完成,搭載動力總成部自主研發(fā)的第二代燃料電池發(fā)動機,該臺發(fā)動機體積比功率密度694 W/L,較上一代提升 40%,額定功率65 kW,實現(xiàn)-30 ℃的快速冷啟動。

4、廣汽廣州汽車集團股份有限公司成立于1997年,2020年7月,廣汽埃安發(fā)布了首款氫燃料電池車AION LX Fuel Cell。該車可在-30℃的低溫一鍵冷啟動,3-5分鐘加氫即可實現(xiàn)NEDC續(xù)航超650km,基于廣汽的GEP 2.0鋁合金純電專屬平臺開發(fā)而來,搭載廣汽自主開發(fā)燃料電池系統(tǒng)和車載儲氫系統(tǒng),最大輸出功率超135kW,該車于2021年在如祺出行平臺示范運營。

5、北汽福田北汽福田汽車股份有限公司成立于1996年,是國內(nèi)商用車龍頭企業(yè),2006年和清華大學(xué)、億華通共同承接“863計劃”,開始了氫燃料電池客車研發(fā)的進程,積累了包括2008年北京奧運會等在內(nèi)的一批氫燃料電池商用車示范運營經(jīng)驗。2019年,福田汽車與豐田以及億華通達成合作,由豐田和億華通為福田提供氫燃料電堆等產(chǎn)品。福田推出車型包括歐輝8.5米氫燃料電池客車、歐曼智藍49T液氫重卡等。截至2022年9月,福田累計交付氫燃料客車總運營里程超過2000萬公里,氫燃料電池城市客車單車?yán)塾嬓旭偫锍坛^23萬公里。

6、中通客車中通客車股份有限公司成立于1958年,是國內(nèi)三大客車生產(chǎn)企業(yè)之一,公司自2014年開始布局氫燃料電池客車,目前已形成了包含8-12米公交客車、9-12米旅團、高端商務(wù)、物流在內(nèi)的產(chǎn)品體系。其燃料電池供應(yīng)商包括濰柴動力、雄韜股份等,此外,中通客車也組建了專門的燃料電池產(chǎn)品研發(fā)團隊,在燃料電池系統(tǒng)設(shè)計、燃料電池?zé)峁芾砜刂?、氫系統(tǒng)設(shè)計、燃料電池系統(tǒng)標(biāo)定與測試、整車控制、整車匹配與仿真等方向,進行研發(fā)與測試。7、濰柴動力濰柴動力股份有限公司成立于2002年,主營業(yè)務(wù)包括動力總成、整車整機(商用車、工程機械)、液壓控制和汽車零部件四大板塊。公司自2016年開始通過一系列收購、參股、合作完成了對氫燃料電池的全產(chǎn)業(yè)鏈布局。其氫燃料電池產(chǎn)品覆蓋50kW-160kW,最新一代的燃料電池堆功率密度達到4.0kW/L,壽命超過30000小時,可實現(xiàn)零下30℃無輔熱低溫啟動?,F(xiàn)已建成兩萬套級產(chǎn)能的燃料電池發(fā)動機及電堆生產(chǎn)線,2021年氫燃料電池電堆出貨量排名國內(nèi)第七。應(yīng)用方面,濰柴動力推出有4.5噸氫燃料輕卡、49噸氫燃料重卡等車型。2022年9月,濰柴動力聯(lián)合中國重汽簽署1100輛氫車訂單,涵蓋4.5噸城市物流車、18噸物流車、49噸牽引車等各系列產(chǎn)品,將陸續(xù)在未來2-3年內(nèi)交付。8、三一氫能科技(三一重工)三一集團始創(chuàng)于1989年,是國內(nèi)領(lǐng)先的工程機械制造商,2020年底開始布局氫能業(yè)務(wù),2022年8月成立全資子公司--三一氫能科技有限公司,主營燃料電池系統(tǒng)、電堆的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,現(xiàn)已聚集40余人具有豐富行業(yè)經(jīng)驗的核心研發(fā)團隊,并與同濟大學(xué)、電子科技大學(xué)、天津大學(xué)等建立了合作關(guān)系。目前自主開發(fā)的120kW燃料電池發(fā)動機已通過國家強檢。此外,三一重工的氫燃料電池供貨商還包括上氫能源、重塑科技等。應(yīng)用方面,三一重工現(xiàn)已推出氫燃料攪拌車、氫燃料重卡、氫燃料自卸車等車型。
(二)國外廠商

1、豐田豐田汽車公司成立于1933年,是日本最大的汽車制造商,也是全球最早研發(fā)生產(chǎn)并推動氫燃料電池汽車商業(yè)化的企業(yè),自1992年開始研發(fā)氫燃料電池汽車,于2014年推出了全球首款量產(chǎn)的燃料電池汽車Mirai,2020年推出第二代Mirai,其中燃料電池電堆峰值功率128 kW,功率密度5.4 kW/L,較上一代3.5 kW/L提高了約1.5倍。2020年豐田與一汽、東風(fēng)、廣汽、北汽、億華通共同成立聯(lián)合燃料電池系統(tǒng)研發(fā)(北京)有限公司,負(fù)責(zé)面向中國商用車市場的燃料電池系統(tǒng)研發(fā),已發(fā)布TL Power 100和TL Power 80兩款氫燃料電池系統(tǒng),均采用金屬板電堆,其中TL Power 80功率密度達到4.2kW/L、586W/kg,額定功率90kW。TL Power 100功率密度達711W/kg、4.9kW/L,額定功率101kW。2022年9月,豐田宣布將第二代氫燃料電池車Mirai將于年末引入中國市場,由廣汽豐田負(fù)責(zé)銷售,限量50臺,售價74.8-75.1萬元。此外,豐田中國還計劃通過廣汽豐田將111臺完成北京2022年冬奧會和冬殘奧會服務(wù)工作的氫燃料電池車MIRAI投入社會化運營,繼續(xù)在有需求的場景發(fā)揮作用。

2、本田本田技研工業(yè)株式會社成立于1948年,是日本第二大汽車公司,于1999年開始研發(fā)氫燃料電池汽車,先后推出FCX、FCX Clarity、Clarity等燃料電車車型。其中最新一代的Clarity發(fā)布于2016年,該車搭載了本田自研的燃料電池系統(tǒng),功率最大達103KW,能量密度3.1kW/L,儲氫罐壓力70MPa,續(xù)航里程高達750KM。但在2021年,本田宣布將從當(dāng)年8月終止Clarity的生產(chǎn),但本田表示依舊會和通用汽車合作開發(fā)氫燃料電池車型。本田的總體目標(biāo)是到2040年實現(xiàn)所有車型零排放,其中一部分是純電動,一部分是氫燃料電池汽車。

3、現(xiàn)代現(xiàn)代汽車成立于1967年,韓國汽車品牌。自1998年成立氫燃料電池開發(fā)部門,推出ix35 FECV、NEXO氫燃料電池大巴ELEC CITY Fuel Cell和氫燃料電池重卡XCIENT Fuel Cell等車型。其中Nexo于今年4月還取得了中國的新能源牌照,計劃于年內(nèi)引入國內(nèi)。10月最新數(shù)據(jù)顯示,今年前8月現(xiàn)代汽車售出7410輛氫能汽車,銷量居全球第一。燃料電池方面,現(xiàn)代汽車已完成了三代氫燃料電池系統(tǒng)的研發(fā),其中第三代氫燃料電池系統(tǒng)有100kW和200kW兩種功率規(guī)格版本,計劃2023年推出。100kW規(guī)格版本尺寸減小30%,更容易適用于不同的車型和應(yīng)用領(lǐng)域。200kW規(guī)格版本與現(xiàn)有NEXO的氫燃料電池系統(tǒng)尺寸相近,但輸出功率提升至2倍。第三代氫燃料電池針對乘用車領(lǐng)域的開發(fā)目標(biāo)是質(zhì)保達到50萬公里,同時價格相比第二代氫燃料電池系統(tǒng)降低了50%以上。2020年,現(xiàn)代汽車推出了氫燃料電池專用品牌——HTWO,并于2021年在廣州建立了HTWO的生產(chǎn)銷售基地,預(yù)計可以年產(chǎn)6500套氫燃料電池系統(tǒng),供應(yīng)國內(nèi)的燃料電池需求。發(fā)展規(guī)劃方面,現(xiàn)代計劃到2030年將氫燃料電池系統(tǒng)的年產(chǎn)能提升至70萬套并構(gòu)建50萬輛氫燃料電池車的生產(chǎn)體系。

4、通用美國通用汽車公司成立于1908年,1966年開始研發(fā)氫燃料電池汽車,推出過雪佛蘭Equinox、科羅拉多ZH2等氫燃料電池汽車車型。此外,通用也有自主研發(fā)的氫燃料電池系統(tǒng),2021年5月通用汽車推出SURUS燃料電池車型平臺,該平臺配備氫燃料電池系統(tǒng),續(xù)航里程645km,并配有自動駕駛技術(shù),主要用于商用車、卡車的改裝和定制生產(chǎn)。2022年1月,通用宣布將其HYDROTEC燃料電池技術(shù)從汽車、航天拓展至發(fā)電站,由通用汽車第2代HYDROTEC燃料電池功率立方體提供動力,輸出覆蓋60-600kW。第三代Hydrotec燃料電池將于2035年推出。

5、沃爾沃沃爾沃汽車公司,成立于1927年,自2008年開始研究氫燃料電池汽車技術(shù)。2021年沃爾沃和戴姆勒合資成立Cellcentric,負(fù)責(zé)氫燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn),且產(chǎn)品主要用于重卡車型。2022年10月,Cellcentric宣布推出新一代氫燃料電池系統(tǒng),該系統(tǒng)額定功率150kW,最長使用壽命可以達到2.5萬小時。Cellcentric的計劃是在2025年開始?xì)淙剂想姵叵到y(tǒng)的商業(yè)化運營。應(yīng)用方面,沃爾沃于今年開發(fā)出了氫燃料電池鉸接式運輸車HX04,充12kg氫氣需要7.5分鐘,可運行約四小時,沃爾沃計劃十年后期實現(xiàn)該款車型的商業(yè)化。

6、寶馬寶馬汽車公司成立于1916年,德國汽車品牌,自2002年開始進行氫能源汽車研究。2013年開始與豐田汽車共同開發(fā)氫燃料電池系統(tǒng),2022年,寶馬表示正在研發(fā)量產(chǎn)一種用于寶馬iX5 Hydrogen車型的新的氫燃料電池系統(tǒng),預(yù)計在今年年底投入使用,在全球進行車輛測試及車輛展示。資料顯示,這一燃料電池系統(tǒng)可以收集125kW的原始功率并達到175馬力,結(jié)合捆綁寶馬第五代eDrive技術(shù)和高性能電池的定制動力系統(tǒng),凈輸出功率高達275kW和374馬力。

7、大眾德國大眾汽車集團成立于1937年,自2002年開始研發(fā)氫燃料電池技術(shù)。2019年大眾推出了3款氫燃料汽車,奧迪A7 h-tron、高爾夫 SportWagenHyMotion和帕薩特Hy-motion。這三款汽車均采用了大眾自主研發(fā)的第四代燃料電池組,采用100千瓦低溫質(zhì)子交換膜燃料電池。此外,大眾還在開發(fā)支持燃料電池汽車的全新模塊化平臺MPE,可適用于集團旗下所有品牌的B級車以上車型,拓展性強,但短期推出可能性不大,還處在研發(fā)階段。

8、梅賽德斯-奔馳梅賽德斯-奔馳集團成立于1871年,是德國知名汽車品牌,自1994年開始研究氫燃料電池汽車,推出氫燃料電池汽車 Necar、Nebus、Sprinter、Citaro、F-CELL等車型。1997年,NuCellSys成立(后更名為梅賽德斯奔馳燃料電池有限公司),負(fù)責(zé)氫燃料電池的研發(fā)和氫燃料儲存設(shè)備的研發(fā)。2018年,奔馳推出燃料電池汽車GLCF-CELL,該車充滿氫需要3分鐘,最大續(xù)航里程437km,兩年后奔馳宣布該車型停產(chǎn),但奔馳的母集團戴姆勒仍在繼續(xù)針對重型商用車的氫燃料電池研究計劃,并于今年9月推出了液氫重卡GenH2,該車搭載兩個150kW的燃料電池電堆,輸出峰值功率400kW,預(yù)計于2025年下半年開始量產(chǎn)。
二、氫氣內(nèi)燃機主機廠

(一)國內(nèi)廠商1、一汽一汽集團的氫能發(fā)展戰(zhàn)略包括氫燃料電池和氫能發(fā)動機兩大部分,由其牽頭開發(fā)的燃料電池發(fā)動機項目已通過國家科技部評審,在氫燃料發(fā)動機領(lǐng)域有一定的技術(shù)積累,并有應(yīng)用于乘用車和商用車不同車型的氫燃料發(fā)動機成功點火經(jīng)驗。2018年一汽首臺紅旗燃料電池發(fā)動機點火成功。2021年,由一汽自主設(shè)計研發(fā)的紅旗2.0L氫能專用發(fā)動機在研發(fā)總院試制所下線交付,并于當(dāng)月在北理工實現(xiàn)點火。該發(fā)動機排量2升,目標(biāo)熱效率大于42%,未來將搭載在紅旗車型上。2022年6月,由一汽解放自主設(shè)計研發(fā)的國內(nèi)首款重型商用車缸內(nèi)直噴氫氣發(fā)動機成功點火并穩(wěn)定運行。本款氫氣發(fā)動機屬13L重型發(fā)動機,運轉(zhuǎn)功率超500馬力,指示熱效率突破55%,一汽表示后續(xù)將會按既定計劃完成氫氣發(fā)動機整車開發(fā)。

2、濰柴動力濰柴動力是國內(nèi)的柴油機龍頭企業(yè),自2018年開始布局氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)。2022年6月發(fā)布13L氫內(nèi)燃機,有效熱效率41.8%,搭載于中國重汽和濰柴聯(lián)合發(fā)布的黃河高端重卡運行。同年9月推出濰柴WP15氫氣發(fā)動機,額定功率390kW,最大扭矩為2500N·m,并擁有氫氣靈活噴射、高效稀薄燃燒、智能點火啟燃以及濰柴ECU控制四項技術(shù)。

3、長城汽車蜂巢動力是長城汽車旗下的發(fā)動機企業(yè),成立于2018年。2021年6月,長城蜂巢動力發(fā)多款發(fā)動機規(guī)劃,在發(fā)布會上,長城表示將于2025年推出氫氣發(fā)動機,熱效率42%,最大功率為120kW(163馬力),峰值扭矩230N·m,并搭載氫氣專用直噴系統(tǒng)、高壓耐腐蝕氫氣供給系統(tǒng)等多項新技術(shù)。

4、廣汽2022年6月廣汽發(fā)布了1.5L氫內(nèi)燃機,該發(fā)動機基于廣汽第四代發(fā)動機平臺自主研發(fā),采用氫氣缸內(nèi)直噴技術(shù),最高熱效率44%,氫耗≤0.84kg/100km,已成功運轉(zhuǎn)超過12000小時,9月該款發(fā)動機點火成功,廣汽研究院未來還將繼續(xù)開展氫氣發(fā)動機熱力學(xué)標(biāo)定、機械開發(fā)等工作,目標(biāo)是實現(xiàn)整車搭載。

5、東風(fēng)商用車東風(fēng)商用車成立于1969年,是東風(fēng)汽車與沃爾沃共同成立的一家商用車合資企業(yè)。2021年,東風(fēng)商用車啟動了氫發(fā)動機/氨發(fā)動機技術(shù)預(yù)研項目,2022年9月,龍擎·自主控制系統(tǒng)氫發(fā)動機點火成功,該發(fā)動機基于東風(fēng)商用車13L發(fā)動機平臺正向開發(fā),額定功率為338kW,最大扭矩2200N·m。該發(fā)動機平臺同時具有氫氨融合燃燒功能,與氨燃料的融合比例達到近40%,可實現(xiàn)氫氣單燃料、氫氣/氨氣雙燃料點火燃燒,發(fā)動機的性能水平與燃?xì)鈾C相當(dāng),但具有更高的燃燒效率,東風(fēng)的目標(biāo)是到2023年底實現(xiàn)該發(fā)動機的工程化應(yīng)用和整車搭載穩(wěn)定運行。

6、吉利汽車吉利汽車成立于1997年,是國內(nèi)領(lǐng)先的汽車制造商。2022年3月,吉利官方表示,由吉利自主研發(fā)的高效氫氣專用發(fā)動機有效熱效率實測達到44%,未來吉利汽車集團動力研究院還將進一步致力于高效率、低排放氫燃料發(fā)動機的研發(fā)和市場應(yīng)用。

(二)國外廠商1、寶馬

寶馬是全球最早一批研發(fā)氫燃料發(fā)動機汽車的企業(yè),在1979年便開發(fā)出了可以上路的氫燃料發(fā)動機汽車,并在后來陸續(xù)推出了745H、750hL、H2R等多款氫燃料內(nèi)燃汽車。2007年寶馬推出搭載氫內(nèi)燃機的量產(chǎn)車型Hydrogen 7,V12氫氣內(nèi)燃機由寶馬760i發(fā)動機改造而來,輸出功率260馬力,續(xù)航200公里,支持汽油和氫氣雙燃料,但由于發(fā)動機熱效率不高、續(xù)航里程短等諸多原因,項目后續(xù)被擱置。今年9月,寶馬重拾氫內(nèi)燃機項目,由其牽頭的在德國研發(fā)18噸和40噸氫能內(nèi)燃機重卡的聯(lián)合研究項目,得到1130萬歐元國家資金支持,項目為期4年。目前,寶馬萊比錫工廠已推出一臺燃料柔性氫氣燃燒器。2、豐田豐田對氫燃料發(fā)動機的研究始于2017年,2021年4月豐田公布了正在開發(fā)的氫燃料發(fā)動機,并將其搭載到卡羅拉賽車上,豐田章男本人駕駛該賽車參賽。2021年底,豐田發(fā)布了GR YARIS氫燃料原型車,搭載與同款車型普通燃油版相同的G16E-GTS 1.6升渦輪增壓三缸發(fā)動機,通過改進燃料供應(yīng)和噴射系統(tǒng),使其可以使用純氫燃料。此外,豐田還在與雅馬哈合作開發(fā)一款5.0L氫動力V8發(fā)動機,該款發(fā)動機以雷克薩斯RC F跑車的發(fā)動機為基礎(chǔ)進行改造,功率可達450馬力。今年7月,豐田聯(lián)合了日野、五十鈴、電裝、CJPT5 家企業(yè),宣布將共同啟動面向大型商用車的氫內(nèi)燃機的規(guī)劃和基礎(chǔ)研究。整體來看,豐田認(rèn)為距離氫燃料發(fā)動機的商業(yè)化應(yīng)用還有一段時間,豐田將通過賽車運動完善該項技術(shù)。有消息稱,豐田將在2025年推出的下一代普銳斯中應(yīng)用氫燃料內(nèi)燃機。

3、福特福特對氫燃料發(fā)動機的研究工作始于1997年。2004年,福特開發(fā)的混動汽車搭載了氫內(nèi)燃機作為動力源;2006年,福特V-10氫內(nèi)燃機投入生產(chǎn),并在2007年開發(fā)出氫內(nèi)燃機公交車。目前,福特正在研發(fā)渦輪增壓直噴氫燃燒發(fā)動機,并有相關(guān)技術(shù)專利在申。未來福特計劃推出氫動力V8發(fā)動機供野馬等跑車使用。

4、曼恩商用車德國曼恩商用車輛股份公司始于1758年,是全球領(lǐng)先的商用車制造商,在1990年就開發(fā)了氫內(nèi)燃機,2020年曼恩重提請內(nèi)燃機技術(shù),并于2021年內(nèi)對氫燃料內(nèi)燃機原型車進行場地測試,首批氫燃料商用車的客戶試用期定在2023年或2024年。資料顯示,曼恩的氫內(nèi)燃機由16.8L的直列6缸柴油機改造而來,目前正在紐倫堡進行氫內(nèi)燃機測試。通過以上梳理可以看到,在氫燃料電池技術(shù)研發(fā)上,豐田處在絕對領(lǐng)先地位,尤其研發(fā)的Mirai燃料電池電堆代表著世界范圍內(nèi)電堆產(chǎn)品性能的領(lǐng)先水準(zhǔn),并且豐田還在國內(nèi)成立了氫燃料電池合資企業(yè),研發(fā)專門面向商用車的燃料電池電堆。現(xiàn)代則在產(chǎn)品應(yīng)用層面更進一步,不僅在國內(nèi)建立了氫燃料電池系統(tǒng)的量產(chǎn)基地,其氫能汽車的銷量還排到了全球第一。國內(nèi)在自主研發(fā)氫燃料電池的主機廠以一汽和長城較為領(lǐng)先,均成立了專門負(fù)責(zé)燃料電池研發(fā)生產(chǎn)的子公司,其中上汽旗下的捷氫科技已經(jīng)進展到了分拆上市的階段。另一方面,和國內(nèi)企業(yè)追趕國外燃料電池技術(shù)水平的情形不同,在氫燃料發(fā)動機的研發(fā)進展上,國內(nèi)外主機廠的技術(shù)水平和進度相對接近,國內(nèi)以一汽解放、廣汽和濰柴動力較為領(lǐng)先,國外則有寶馬、豐田、福特和曼恩等主機廠在布局。
以上資料來源:36氪

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